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XScale PXA270在Linux下的FPGA设备驱动

导读: 在嵌入式控制中,“微处理器+FPGA”是一种常用的解决方案。FPGA(现场可编程门阵列)有编程方便、集成度高、速度快等特点,电子设计人员可以通过硬件编程的方法来实现FPGA芯片各种功能的开发。

  引言

 

  Intel公司推出的XScale采用ARM V5TE结构,是Strong ARM的升级换代产品。XScale PXA270处理器最高主频可达624 MHz,加入了Wireless MMX、Intel SpeedStep等新技术,以其高性能、低功耗、多功能等特点在信息家电、工业控制等领域得到了广泛的应用。在嵌入式控制中,“微处理器+FPGA”是一种常用的解决方案。FPGA(现场可编程门阵列)有编程方便、集成度高、速度快等特点,电子设计人员可以通过硬件编程的方法来实现FPGA芯片各种功能的开发。在我们的一个数控平台的研究项目中,采用XScale PXA270作为主CPU,并对其进行FPGA扩展,使其具有插补、电机驱动、信号处理、I/O口扩展的功能。Linux以其内核精练、高效,源代码开放且免费等优势,在嵌入式领域得到了广泛的应用。下面以Intel XScale PXA270上的Altera FLEX/ACEX的应用为例,详细介绍Linux下FPGA设备驱动的实现。

 

  1 Altera FLEX/ACEX芯片结构

 

  Altera FLEX/ACEX芯片是基于查找表LUT(LookUpTable)原理而实现的。LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的 LUT,所以每个LUT可以看成一个有4位地址线的16×1的RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后,FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果,并把结果事先写入RAM。这样,每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表,找出地址对应的内容,然后输出即可。由于LUT主要适合SRAM工艺生产,所以目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺的,而SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丢失,一定要外加1片专用配置芯片(本实验电路使用Altera EPC2LC20)。在上电时,由这个专用配置芯片把数据加载到FPGA中,然后FPGA即可正常工作。由于配置时间很短,因此不会影响系统正常工作。在使用ACEX1K50之前,应对其进行设计编程,实现相应寄存器及I/O口的功能。有关FPGA的详细内容请参阅相关资料。

 

 2 Intel XScale PXA270处理器的系统存储器接口

 

  PXA270处理器的可编程静态存储体系结构如图1所示。

 

  

  图1 PXA270静态存储体系结构

 

  在系统上, ACEX1K50位于nCS<2>上,物理地址0x8000000~0x8001000共4K的静态地址空间。图2表示了Intel XScale PXA270与ACEX1K50的硬件连接关系。

 

  

  图2 Intel XScale PXA270与ACEX1K50的硬件连接

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